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Automatisierung

Kreative Automatisierungs-Lösung für Reckwalze und Schmiedepresse

Februar 2012 — Techniker der Ruhrtaler-Gesenkschmiede (RG) haben innerhalb ihrer Fertigungslinie eine Reckwalze und die Schmiedepresse von der manuellen auf Roboterbedienung umgestellt. Wichtigster Erfolg: Sie sparen jetzt pro Werkstück rund 25 % der Taktzeit. Zur wesentlich erhöhten Wirtschaftlichkeit kommen die Vorteile hoher Qualität und Verfügbarkeit. Gegenüber konventionellen Automatisierungslösungen überzeugen vor allem geringerer Investitionsaufwand und maximale Flexibilität.

Der globale Wettbewerb diktiert die Bedingungen: Neben der erwartbaren hohen Qualität zählen attraktive Preise. Die Herausforderung bei bestimmten Walz- und Schmiedeprodukten war daher, den Aufwand zu reduzieren, um preislich mitzuhalten. Daraus ergab sich bei der Ruhrtaler-Gesenkschmiede (RG) die Aufgabe: Entwicklung einer roboterbasierten Automationslösung der bis dahin manuell beschickten Aggregate-Gruppe. Diese, MP 3150 genannt, besteht aus Induktionsanlage, Presse und vorgeschalteter Reckwalze. Ihre Funktion: Die MP 3150 soll den Rohling aus der Übergabestation des Induktionsofens entnehmen und anschließend der Presse zuführen. Dafür sind zwei Betriebsarten vorgesehen. In der ersten wird der Rohling über die Reckwalze der Presse zugeführt, in der zweiten direkt in die Presse übergeben.

Option der konventionellen Automationslösung

Üblicherweise ist das Automatisieren des Transports zwischen Induktionsofen und Reckwalze sowie deren Beschichtung mit einer speziellen, fest verbundenen Handling-Vorrichtung gelöst. Diese greift den vom Ofen (Induktionsanlage) kommenden glühenden Rohling in der Übergabeposition. Dann fährt sie ihn zum ersten Stich in die Reckwalze ein. Hier können bis zu vier Stiche nacheinander folgen. Von Stich zu Stich kann die Vorrichtung die Position des Rohlings ändern, zum Beispiel ihn um seine Achse drehen.
Während die Reckwalze den Rohling umformt, entstehen stark unterschiedliche Kräfte und Beschleunigungen. Deshalb ergeben sich auch differenzierte Geschwindigkeiten. Sie sind weder exakt berechenbar noch bleiben sie bei gleichen Rohlingen und Reckwalzen über die Produktionszeit gleich. Nach dem Umformen in der Reckwalze befördert die Vorrichtung den Rohling in einen Köcher. Die Rechwalze bearbeitet Werkstücke in der betrieblichen Praxis Werkstücke mit spezifischen Anforderungen an die Umformung.

Betriebsart ohne Reckwalze

Der Rohling wird direkt aus der Übergabeposition des Ofens in die Presse eingelegt. Diese Aufgabe kann problemlos ein Knickarmroboter übernehmen.

Betriebsart mit Reckwalze: konventionell

Auf die unbekannten Kraft- und Geschwindigkeitsverhältnisse in der Reckwalze und deren Übertragen auf den Rohling lassen sich automatisierte Abläufe mit gängigen Knickarm-Robotern nicht synchron programmieren. Deshalb greift ein Roboter bei konventionellen Automationslösungen erst nach dem Walzen ein. Er entnimmt den bereits gewalzten Rohling aus der Ablage im Köcher und legt ihn in eine definierte Position des Gesenkes der im Prozess folgenden Schmiedepresse ein. Für die konventionelle Gesamtautomation des Handlings mit Reckwalze und Gesenkschmiede sind entsprechend zwei Automationslösungen nötig: erstens eine automatisierte Reckwalzen-Vorrichtung und zweitens ein Roboter für das Beschicken der Presse. Daraus resultieren diverse Nachteile:
Zur Automation sind zwei völlig getrennte Handlingssysteme erforderlich. Zwei Hersteller sind zuständig – mit entsprechenden Schnittstellen und Abstimmungsbedarf. Gleiches gilt sowohl hard- als auch softwareseitig. Die Investition, der Aufwand für die Mitarbeiterschulung und die Betriebskosten sind von der höheren Summe der beiden separaten Systeme geprägt. Die Lösung für die Reckwalze ist stark aufgabenzentriert und deshalb nicht flexibel.

Die kreative Lösung

An der Aufgabe, die Prozesse in der Aggregate-Gruppe MP 3150 zu automatisieren, arbeiteten die Produktionsexperten von RG mit den Fachleuten von ABB Automation zusammen. Die Roboter-Experten aus dem hessischen Friedberg entwickelten eine neue, kreative Lösung und präsentierten sie als Video-Simulation. Das Konzept überzeugte die Verantwortlichen von RG in Witten. Es steht auf zwei Grundpfeilern: Erstens nur ein Roboter zum Handling und zweitens ein spezieller Greifer, der sowohl die Reckwalze als auch die Presse beschickt.
Der Roboter übernimmt ausschließlich das Handling von der Übergabeposition des Rohlings in die Reckwalze, während des Walzens und anschließend zur Presse. Um den Prozess bei den spontanen, nicht berechenbaren Kräften und Geschwindigkeiten zu beherrschen, besitzt der Roboter einen speziellen Greifer mit Schlitten. Den Schlitten schaltet die Automations-Software wahlweise in die Betriebsart „weich“ oder „verriegelt“. Weich bedeutet, dass der Greifer die unterschiedlichen Kräfte und Geschwindigkeiten aufnimmt und ausgleicht. Im Zustand „verriegelt“ ist der Greifer starr mit dem Roboter verbunden und führt dessen programmierte Bewegungen aus.

Vorteile: Niedrigere Investition, höhere Flexibilität

Verglichen mit der konventionellen Lösung entfällt hier sämtlicher Aufwand für die Automationshard- und Software an der Reckwalze. Die Baugruppe des neuen Greifers verursacht zwar Kosten, unter dem Strich ergibt sich jedoch eine deutlich geringere finanzielle Investition. Wesentlicher Vorteil ist allerdings die markant größere, nahezu unbegrenzte Flexibilität. Flexibilität bezieht sich auf unterschiedliche Rohlinge, deren jeweiliges Handling bzw. die Arbeitsabläufe, des weiteren betrifft sie auch eventuelle zukünftige Umstellungen auf andere Aufgaben sowie die optimale Lösung aus einer (Roboter-)Hand.
Auf dieser Basis stellten die erforderlichen Rahmenbedingungen für den Auftrag nur noch sachlich zu klärende, überschaubare Formalitäten dar. Diese Details ließen sich beim Realisieren einfach in die Alltagsroutine des mittelständischen Unternehmens Ruhrtaler-Gesenkschmiede „eintakten“.

Transfer in die Praxis

Rund vier Monate nachdem der formelle Auftrag bei ABB Robotics eingegangen war, installierten die Friedberger den Roboter IRB 6600 in der Version 2,55/255 [MW1]. „Die ganzheitlichen Erfahrungen, die die ABB-Fachleute einbrachten, wirkten sich für uns direkt gewinnbringend aus“, erinnert sich Diplomingenieur Axel Schäfer, Leiter Prozessmanagement, und ergänzt: „Damit meinen wir speziell das Know-how hinsichtlich Schmiedeprozessen, Greifertechnologie, Anlagensimulation und Software für Roboteranwendungen. Wir sprachen darüber, wie der Roboter richtig zu programmieren ist. Dabei kamen wir auf die Lösung, dass ABB drei oder vier Grundprogramme erstellt und wir nur noch die Abweichungen eingeben.“
Das Grundprogramm geht zum Beispiel von 50 x 50 mm Querschnitt aus. Beträgt der gewünschte Querschnitt dann 60 x 60 mm, geben die RG-Techniker lediglich den Unterschied von 10 mm ein. Komplette Programmeingaben, Kopieren und Teachen entfallen. Positiv erwähnen die Praktiker in Witten außerdem, dass ABB ihnen mehr geboten hat als üblicherweise von einem Roboter-Professional zu erwarten ist. Vor allem beeindruckt hat das konkrete Anwendungs-Know-how beim Schmieden und das Interesse an der spezifischen Aufgabe. „Ursprünglich wollten wir die Projektleitung selbst übernehmen. Nach dem erfolgreichen Abschluss waren wir sehr zufrieden, dass wir diesen Part an ABB übergeben haben. Das ABB-Schmiedeteam hat diese Aufgabe mit Bravour ausgeführt,“ urteilt Volkhard Schnitzler. Sein Fazit: „Unsere Investition hat sich nach lediglich acht Monaten amortisiert. Die Ergebnisse fallen deutlich besser aus als wir erwartet haben.“

Erfahrungen und Perspektiven

Inzwischen läuft die Anlage seit über ein einhalb Jahren im Dreischichtbetrieb. Prozess-Manager Axel Schäfer resümiert: „Die Effizienz der Automatisierung ist so hoch, dass wir eine größere Ofenleistung brauchten und deshalb die Induktionsanlage austauschten. Am stärksten wirkt sich die Produktivitätssteigerung aus, wenn der Takt der Reckwalze kurz ist oder wir nur pressen. Der Roboter ist viel schneller und durchgängig genauer als ein menschlicher Bediener.“
Gleichzeitig ist die Qualität deutlich gestiegen. Während ein Mensch beim Einlegen des Rohlings in die Presse die Position seitlich, d.h. links und rechts noch gut erkennen kann, kann er die Lage in der Tiefe nur ungenügend beurteilen. „Die Qualität von Teilen, die möglichst zentrisch in eine Gravur eingelegt werden müssen, hängt extrem von der Befähigung des Mitarbeiters ab; Augenmaß und Konzentration sind stark gefordert. Anders beim Roboter. Dem müssen wir nur einmal die richtige Position eingeben“, erörtert Schäfer. „Das beeinflusst die Standzeit der Gesenke positiv“, fährt der Leiter Prozessmanagement fort. „Denn um von Kontur und Volumen voll ausgeprägte Teile zu erhalten, können wir jetzt Rohlinge mit optimalen Gewicht wählen. Das Gleiche gilt für die gestauchten Rohlinge, die wir vorher so nicht einlegen konnten.“.

Nutzenargumente und andere Tipps an Praktiker

Ein weiteres Argument spricht für die alleinige Roboterlösung: Über 18 Monate Dreischichtbetrieb ergibt praktisch 100%ige Verfügbarkeit. So ist es verständlich, dass die Verantwortlichen der Ruhrtaler-Gesenkschmiede ihre vorgesehene neue Anlage gleich automatisiert planen. Entgegen ihrer ursprünglichen Absicht übernehmen sie die Projektleitung nicht selbst. „Weil wir uns gemäß guter Erfahrung auf ABB verlassen können, übergeben wir die Projektleitung den Robotics-Fachleuten komplett. Und weil die Zeiten der Simulation stimmen, können wir darauf unsere Kalkulation aufbauen, blickt der technische Leiter Volkhard Schnitzler bereits auf die nächsten anstehenden Aufgaben.
Die Schmiedefachleute Axel Schäfer und Volkhard Schnitzler sind sich einig: Produktionschancen am Standort Deutschland haben Unternehmen nur noch mit höchster Qualität bei gleichzeitig ständig verbesserter Effizienz. Dazu sind immer komplexere, automatisierte aber flexible Anlagen erforderlich. Hier steigen sowohl die Investitionssumme als auch die Risiken einer Fehlentscheidung. Prozessexperte Schäfer empfiehlt deshalb seinen Kollegen „Sehen Sie sich möglichst viele Lösungen vor Ort an, und sprechen Sie mit den Anwendern über deren Erfahrung. Auf dieser Basis können Sie sich Angebote erstellen lassen und sie praxisorientiert beurteilen. Lassen Sie dann das Engineering sowie die Projektleitung von den Spezialisten machen und nehmen Sie sie voll in die Verantwortung.“

Die Ruhrtaler-Gesenkschmiede

Das 1913 von Friedhelm Wilhelm Wengeler und Fritz Kalthoff gegründete Unternehmen, heute unter dem Namen Ruhrtaler-Gesenkschmiede F.W. Wengeler firmierend, verkörpert über 90 Jahre Erfahrung. Noch immer zählt Gesenkschmieden zur Kernkompetenz. Heute jedoch erhalten die Kunden statt einzelner Schmiedeteile komplette Module oder Systeme. Und am Unternehmensstandort finden sich neben den gewachsenen Abteilungen Zerspanung, Oberflächenbehandlung und Montage auch Bereiche wie Entwicklung, Konstruktion, Werkzeugbau und moderne Mess- und Prüftechnik. Dipl.-Ing. Volkhard Schnitzler Technischer Leiter bei RG, nennt die Unternehmensziele: „Wir wollen Produkte entwickeln, die technisch und qualitativ mehr bieten als die unserer Mitwettbewerber“.

Ruhrtaler-Gesenkschmiede(RG)
F.W. Wengeler GmbH & Co.KG
Feldstraße 1
D-58456 Witten
Tel.: +49 2302 708-0
Fax: +49 2302 708-28
E-mail: info@ruhrtaler.de
Internet: http://www.ruhrtaler.de
ABB Automation GmbH,
Unternehmensbereich Robotics
Grüner Weg 6
D-61169 Friedberg
Tel.: +49 6031 85-0
Fax: +49 6031 85-297
E-Mail: martina.hess@de.abb.com
Internet: http://www.de.abb.com

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